39. Методы расчета и анализа потерь электроэнергии. Метод характерных суточных режимов.

Электрическая сеть, предназначенная для передачи и распределения элек­трической энергии, как и любой другой технических объект, требует для своего функционирования определенных затрат энергии, которые выражаются в виде технологического расхода электроэнергии на ее передачу (рис. 9.1). Он состоит из затрат энергии на производственные нужды подстанций и технических потерь электроэнергии, связанных с физической сущностью процесса передачи электро­энергии. Качественный уровень построения и эксплуатации электрической сети характеризуется коэффициентом полезного действия:

(9.1)

где W_П — энергия, поступившая в сеть; W_Т.Р.— технологический расход ЭЭ на ее

передачу; W_C.H — расход электроэнергии на собственные нужды; ΔW — потери электроэнергии.

При финансовых расчетах между энергосистемой и потребителями важен анализ баланса энергии

где W_o — оплаченная потребителем электроэнергия; ΔW_K — так называемые коммерческие потери.

Коммерческие потери связаны с погрешностями (которые могут быть как положительными, так и отрицательными) многочисленных приборов учета элек­троэнергии на электростанциях, в сетях и у потребителей, возможной несвоевре­менной оплатой потребленной электроэнергии, а также возможными хищениями электроэнергии.

Рис. 9.1. Структура расхода электроэнергии на ее передачу

Величина потерь электроэнергии в каком-либо элементе сети существенно зависит от характера нагрузки и ее изменения в течение рассматриваемого периода времени. В линии, работающей с постоянной нагрузкой и имеющей потери активной мощности Р, потери электроэнергии за время t составят:

W=Pt Если же нагрузка в течение года изменяется, то потери электроэнергии можно рассчитать различными способами. Все методы в зависимости от используемой математической модели можно разделить на две большие группы — детерминированные и вероятностно-статистические. Следует отметить, что перечисленные методы имеют множество модификаций и программных реализаций..

Наиболее точный метод расчета потерь электроэнергии W —это определение их по графику нагрузок ветви, причем расчет потерь мощности производится для каждой ступени графика. Этот метод иногда называют методом графического интегрирования [22]. При расчете за каждый час получается почасовой расчет потерь электроэнергии.

В линиях электропередачи и трансформаторах имеют место потери холо­стого хода и нагрузочные потери (рис. 9.1). Потери холостого хода не зависят от нагрузки участка сети и полагаются условно постоянными, хотя на них и оказы­вает влияние режим напряжений.

Потери энергии холостого хода в трансформаторах определяются по формуле:

где ΔP_X потери мощности холостого хода; Т_т — время работы трансформатора

в течение расчетного периода Т.

Если, например, расчетный период равен одному году, то принимают Т_Т= 8760 ч.

Потери энергии холостого хода в кабельных линиях высокого напряжения, вы­званные потерями активной мощности ΔР_ИЗ в изоляции, за время работы линии Т_КЛ

(9.4)

Потери энергии холостого хода в воздушных линиях преимущественно со­стоят из потерь на корону, а также потерь от токов утечки по изоляторам. Потери на корону зависят от площади сечения провода, рабочего напряжения, конструк­ции фазы и вида погоды (хорошая, сухой снег, влажная, изморозь). Потери энер­гии определяют на основании потерь мощности, которые находят эксперимен­тальным путем, с учетом продолжительности различных видов погоды в соответ­ствующем регионе.

К основным методам расчета потерь электроэнергии относятся:

- метод характерных суточных режимов;

- метод средних нагрузок;

- метод среднеквадратичных параметров режима;

- метод времени наибольших потерь;

- метод раздельного времени наибольших потерь;

- метод эквивалентного сопротивления;

- вероятностно-статистический метод.

Метод характерных суточных режимов. По этому методу намечают характерные сутки в пределах расчетного пе­риода Т. Для каждых из выбранных суток составляют графики нагрузок, которые представляют в виде ступенчатых линий, причем на каждой ступени графика на­грузка остается неизменной. Тогда потери энергии за соответствующие характер­ные сутки можно определить по формуле:

(9.10)

где I_i S_i — ток и мощность на i-й ступени графика нагрузки; t_i — продолжитель­ность ступени; n — число ступеней суточного графика. Годовые потери электроэнергии составят:

(9.11)

где m—число намеченных характерных суток; n_Xj. — число j-x характерных суток.

В качестве характерных могут быть рабочие и выходные зимние, летние, весенние и осенние сутки, т. е. 8 суток. Тогда m = 8.

Для приближенных расчетов ориентируются лишь на характерные зимние и летние сутки. Тогда потери энергии

(9.12)

где ΔW_З, ΔW_Л — потери энергии за характерные зимние и летние сутки; n_3, n_Л — число зимних и летних характерных суток, обычно принимается n₃ = 213, n_Л = 152. К недостаткам метода относится то, что он предполагает использование графиков полной, а не активной мощности, которые являются менее точными. Метод характерных режимов можно считать одним из наиболее точных. Он рекомендуется при расчете потерь в основных сетях энергосистемы, а также в качестве эталонного для сравнения с другими методами. Для повышения точно­сти расчета годовых потерь, рассчитанных по формулам (9.11) или (9.12), реко­мендуется [64] использовать коэффициент нерегулярности k_сх, учитывающий влияние вынужденных режимов из-за изменения схемы:

(9.13)

Значение коэффициента k_сх может быть принято равным 1,04—1,08.

В тех случаях, когда затруднительно определить потери электроэнергии ΔW_Xj. (формула (9.11)) за характерные сутки, можно применить подход, основан­ный на расчете характерных режимов. Тогда годовые потери электроэнергии на­ходятся по формуле:

(9.14)

где ΔPj — нагрузочные потери мощности j-ом режиме; Δtj — продолжительность j-гo режима; k — число выбранных характерных режимов.

Основной недостаток такого подхода заключается в трудности обоснования каждого характерного режима и особенно его продолжительности.